乐园等空心微球型纳米结构材料的制备及应用进展.doc

化 工进展 2004 年第 23 卷第 6 期 . 595 ? 空心微球型纳米结构材料的制备及应用进展乐园陈建峰1汪文川2(1北京化工大学教育部超重力中心；2北京化工大学分子和材料模拟实验室，北京100029)摘要综述了近年来国际上空心微球结构类纳米材料的合成方法，如微乳液法、喷雾反应法、超声波法、模板-界面反应法及逐层自组装方法等，详细介绍了各种方法的特点，并说明了表征空心微球结构的实验手段，如电子显微镜、X射线衍射、电子能谱及红外光谱等，同时评述了空心微球材料在应用方面的必威体育精装版研究进展。关键词空心微球，纳未材料，合成，表征中图分类号174.75 文献标识码 文章编号 1000-6613(2004) 06-0595-05近年来，各种具有特殊结构和特殊形貌的纳米 材料引起了广泛的关注，其中之一是空心微球型纳 米结构材料。空心微球是由核复合结构材料演 变而来，可以通过调节异质核复合粒子的结构、 尺寸及成分达到对其性质的可控调节，从而实现对 其光学、热学、电学、磁学以及催化性质的大范围 裁剪[1’2]。由于这类结构的材料具有低密度、高比 表面的特性，而且其空心部分可容纳大量的客体分 子或大尺寸的客体，可以产生一些奇特的基于微观 “包裹”效应的性质，使得空心微球材料在医药、 生化和化工等许多技术领域都有重要的作用[1’3’4]。 如空心球可用做色谱分离的载体、控制药物 缓释的载体及生化试剂或磁性物质的保护剂；空心球在精细化工及光催化方面呈现出常规材料所 不具备的特殊功能，具有广泛的应用前景；含有 等贵金属的空心球作为重要的催化材料， 也具有非常高的应用价值；此外，聚合物的空心球 可以包裹生化酶，用于酶催化反应，也可作为微反 应器，使某些特定的反应在其内发生。制备空心微 球，一般都需要球型模板，最常用的模板是胶体粒 子，如和的胶体颗粒等〖1’5’6]。随着合成 技术的发展和完善，越来越多的物质可用作模板， 如表面活性剂囊泡[7]、液晶[8]、聚合物胶束[9]、 微乳液滴[1()]及无机化合物粒子[11〗等。与此同时， 喷雾反应技术、超声技术及自组装技术等也被引入 到空心球的制备方法中，合成出了包括金属、半导 体、碳化物、氧化物和高分子聚合物等多种材料的 空心微球。有关空心球结构的纳米材料制备的研 究，国内报道较少[12]，本文主要介绍了近几年来 国际上空心球结构的材料的合成方法及表征手段, 并评述了其应用方面的研究进展。空心微球材料的合成方法去除模板法该法是制备空心球的典型方法。在制备过程 中，通过控制前驱体在核模板表面的沉淀或反应， 形成表面包覆的核@结构，用加热或化学反应的 方法去除核模板，就得到了空心球结构，球的大小 由模板颗粒的尺寸决定。用这种方法可制备出纳米 或微米尺度的金属或氧化物空心球。如等[13] 用硫酸处理过的溶胶粒子作模板，钛酸丁酯在 直流电场下发生溶胶-凝胶过程，煅烧除去后，形成的空心球具有层柱状的球壳。用此 方法合成的空心材料还包括金红石型锐 钛矿型 晶体[15]、以及 的氧化物[6’21]等。 1.2微乳液法这种方法是以微乳液滴作模板，目标产物的前 驱体在液滴表面水解生成相应的氢氧化物或含水氧 化物，然后再经过缩聚反应形成稳定的胶体粒子包 覆在乳液液滴表面，形成乳液廣胶的核壳结构， 通过加入水和丙酮及其他有机溶剂的方法，使产物 与微乳液分离，再煅烧除去表面活性剂和有机溶 剂，得到目标产物的空心球结构。用该方法可制备 出纳米到微米尺度的空心球，并可制备出球壳含有 介孔孔道的空心球。70等[22]报道了 在含 有嵌段共聚物的微乳体系 中发生溶胶-凝胶过程，在壳层上形成了极大介孔 (孔径为50 的空心球。等[23]设计了一个 含有非离子表面活性剂-煤油-水的微乳体系，水解后，在表面活性剂上发生缩 聚，高温煅烧除去有机物，即可得到稳定的、单分收稿日期 2004-01-13;修改稿日期 2004 - 02 - 25。基金项目国家自然科学基金资助项和国家高新技术发展“863”计划资助项目第一作者简介乐园（1967—），女，博士。联系人陈建峰。电话010 - - mail chenjf@mail. buct.edu.cna 596 化 工进展2004年第23卷散的、球壳上具有介孔结构的空心球。此外， 通过乳液缩聚或界面聚合的方式也可制备聚合物的 空心球[24]，如等[25]用表面活性剂形成 的囊泡作模板，通过苯乙烯和联苯乙烯的单体在模 板上的聚合生成了平均直径为120 球壳厚10 的聚合物空心球。^^位等[26]报道了用聚合物 的憎水单体在表面活性剂囊泡内交联聚合制备聚合 物的空心球的方法。 1.3 喷雾反应法采用喷雾反应法制备空心球材料的过程如下： 先以水、乙醇或其他溶剂将